多媒体通信课件第2章.ppt

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1、第2章多媒体信息编码2.1引言2.2基本编码方法2.3图像编码标准2.4语音编码标准2.1引言表2.1连续媒体数据类型特征举例媒体类型数据速率说明语音质量音频CD质量音频MPEG-2编码视频NTSC质量视HDTV质量视频64kb/s1.4Mb/s3.36Mb/s216Mb/s648Mb/s1个信道,8kHz条样速率,8位量化2个信道,44.1kHz条样速率,16位量化640*480像素/帧,24位/像素,30帧/秒640*480像素/帧,24位/像素,30帧/秒1280*720像素/帧,24位/像素,30帧/秒数据压缩处理一般由两个过程组成

2、:一是编码过程,即对原始数据进行编码压缩,以便存储和传输;二是解码过程,即对压缩的数据进行解压,恢复成可用的数据。根据解压后数据的保真度,数据压缩技术可分为无损压缩编码和有损压缩编码两大类。无损压缩编码是指解码后的数据与原始数据完全相同,无任何偏差。这种编码通常基于信息熵原理,常用的编码有哈夫曼编码、算术编码、行程编码等。它的压缩能力与所处理数据的类型有关,压缩比通常比较低,一般在2∶1～5∶1。主要用于要求数据无损压缩存储和传输的场合,如传真机、文本文件传输等。有损压缩编码是指解码后的数据与原始数据相比有一定的偏差,但仍可保持一定的视听质量和效果。它主要利用

3、人的视、听觉特性,在保持一定保真度下对数据进行压缩,其压缩比可达100∶1。压缩比愈高,其解压缩后的视、音频质量就愈低。这种编码方法有很多种,如基于线性预测原理的预测编码、基于正交变换原理的正交变换编码、基于向量量化原理的向量量化编码、基于分层处理的分层编码以及基于频带分割原理的子带编码等。主要用于对音频和视频数据的压缩。多媒体信息编码技术主要侧重于有损压缩编码的研究。经过多年的研究与开发,已经出台了一系列有关的国际标准。其中,最著名的是国际标准组织（ISO）制定的JPEG和MPEG。JPEG是静止图像的压缩标准,其压缩比可达40∶1。MPEG（MPEG-1、M

4、PEG-2及MPEG-4）是动态图像的压缩标准,采用MPEG-2标准对NTSC质量视频进行压缩后,网络带宽需求可降低到3.36Mb/s。其它的标准还有国际电信联合会（ITU）制定的用于可视电话、会议电视的H.261和H.263;用于音频的G.711、G.721、G.728等。2.2基本编码方法2.2.1行程编码行程编码是一种简单的无损压缩编码方法,它通过压缩原始数据中相同的字节序列实现数据压缩。在图像和声音数据中可能包含大量的相同字节连续重复的序列,通过行程编码可以将这些重复字节压缩掉,取而代之的是一个更加紧密的字节序列。例如,一个原始数据字符串为RTTTTTT

5、TTABBCDGHJK,采用行程编码后的字符串为R＃8TABBCDGHJK,这里用＃8T替换掉8个T字符,符号“＃”是特殊标识符,用于表示行程编码。如果原始数据字符串也包含了“＃”符号,则必须用两个“＃”符号替换掉原始数据字符串中的“＃”符号。2.2.2哈夫曼编码哈夫曼(Huffman)编码是一种无损压缩编码方法,它根据信源符号出现的概率大小进行排序,出现的概率大的符号分配短码,反之分配长码。在分配代码过程中,需要建立一个n阶二叉树,其编码过程如下:①对信源符号按其出现的概率进行递减排序;②将两个最小的概率相加,其和作为新符号的概率;③重复①和②,直到概率

6、之和达到1为止;④每次合并消息时,将被合并的消息赋予1和0或者0和1;⑤寻找从每个信源符号到概率为1处的路径,记录下路径上的1和0;⑥从树根节点到叶子节点,对每个信源符号列出0、1序列。例如,A、B、C、D四个字符出现的概率分别为:P(A)=3/4;P(B)=1/8;P(C)=1/16;P(D)=1/16,按照上述编码过程将生成如图2.1所示的二叉树,获得的编码结果是:H(A)=1;H(B)=01;H(C)=001;H(D)=000,该结果存放在哈夫曼表中。图2.1哈夫曼编码生成的二叉树2.2.3离散余弦变换编码变换编码主要有离散傅立叶变换(DFT)编

7、码、离散余弦变换(DCT)编码等。其中,DCT编码方法被普遍使用,在JPEG、MPEG和H.261等标准中都采用了DCT编码。由于声音信号只有一个时间维,因此音频信号压缩采用一维DCT编码,而图像压缩必须考虑水平和垂直两个方向,因此图像压缩则采用二维DCT编码。DCT编码方法是对一个8×8图像块灰度样本数据流进行压缩,而彩色图像压缩可看成是压缩图像的多个分量。在编码器中,首先将源图像8×8样本数据块（像素块）的取值范围由［0,2p-1］（无符号）转换成［-2p-1,2p-1-1］（有符号）,其中p为样本定义的精度。然后对8×8样本数据块进行正向离散余弦变换（F

8、DCT）。在解码器中,利